<Desc/Clms Page number 1>
Elektrische voeding met een brandstofcel en werkwijze om in dergelijke voeding de brandstofcel te beschermen.
Deze uitvinding heeft betrekking op een elektrische voeding van een belasting, waarbij de voeding een brandstofcel bevat die in de stroomkring van de belasting is geschakeld.
Brandstofcellen zijn zeer gevoelig aan stroompieken.
Om deze brandstofcel te beschermen is het bekend er een smoorspoel op aan te sluiten zodat de stroom die aan de belasting wordt geleverd over deze smoorspoel moet stromen en pieken afgevlakt worden.
Een dergelijke smoorspoel is omvangrijk en zwaar en neemt een gedeelte van het vermogen van de brandstofcel op, welk gedeelte dan niet voor de eigenlijke voeding van de belasting meer kan aangewend worden.
Deze uitvinding heeft een elektrische voeding met een brandstofcel als doel die voornoemde en andere nadelen niet vertoont en waarbij de brandstofcel op een eenvoudige en veilige manier beschermd is tegen stroompieken en de voeding met een beter rendement kan plaatsvinden.
Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt doordat de voeding minstens één batterij-eenheid met minstens één batterij bevat waarmee de brandstofcel in serie geschakeld is zodat de stroom naar de belasting over deze batterij-eenheid moet stromen.
Minstens één batterij-eenheid wordt dus gebruikt om de brandstofcel af te schermen tegen het risico van
<Desc/Clms Page number 2>
stroompieken vanuit de stroomkring van de belasting. Eventuele strompieken worden door de batterij-eenheid afgevlakt vooraleer ze de brandstofcel bereiken.
In een interessante toepassing van de uitvinding bevat de voeding minstens twee batterij-eenheden die in serie met elkaar en met de belasting geschakeld zijn en elk over een schakelaar op de brandstofcel aangesloten zijn op zulkdanige wijze dat één van de batterij-eenheden in parallel met de brandstofcel kan geschakeld worden en door de brandstofcel geladen kan worden, terwijl de rest van de batterij-eenheden elektrisch van de brandstofcel afgeschakeld is en dus niet opgeladen wordt maar als bescherming van de brandstofcel tegen het eventuele stroompieken wordt gebruikt.
Op elk ogenblik zijn dus alle batterij-eenheden en de brandstofcel beschikbaar om vermogen aan de belasting te leveren. De brandstofcel laadt slechts één batterij-eenheid, meestal bestaande uit slechts één batterij, terwijl de andere batterij-eenheid of batterij-eenheden die in feite in serie met de brandstofcel geschakeld zijn een buffer vormen voor de brandstofcel tegen te hoge stroompieken die vanuit de wisselende belasting zouden kunnen ontstaan. De brandstofcel en de batterij-eenheden staan samen in voor de voeding.
Een dergelijke voeding kan onder meer gebruikt worden voor het voeden van elektrische motoren, bijvoorbeeld in elektrische voertuigen.
Het is reeds bekend een of meer elektrische motoren permanent te voeden met één of meer batterij-eenheden en een brandstofcel te gebruiken om de batterij-eenheden een
<Desc/Clms Page number 3>
voor één op te laden. Zowel de batterij-eenheid die opgeladen wordt als de brandstofcel nemen evenwel niet rechtstreeks deel aan de voeding van de belasting.
Inderdaad, het laden van de batterijen door de brandstofcel bij nulbelasting, bijvoorbeeld wanneer voornoemd voertuig stilstaat, biedt geen noemenswaardige problemen maar het laden van de batterijen tijdens een belasting die zeer wisselend kan zijn, biedt een ernstig risico op beschadiging van de brandstofcel.
Vandaar dat, om de brandstofcel af te schermen tegen storingen, in deze bekende voeding dan ook één of meer batterijen meer voorzien zijn dan nodig is. Tijdens het laden worden een of meer batterijen losgekoppeld van de overige batterijen en dus afgeschakeld van de stroomkring van de belasting, maar in de plaats aangesloten op de brandstofcel zodat ze geladen worden. Enkel voornoemde overige batterijen worden gebruikt voor het voeden van de belasting.
Het af- en aankoppelen van de te laden batterij of batterijen is evenwel vrij omslachtig. Deze voeding is door het teveel aan batterijen duur en het rendement van de voeding is relatief laag.
Dit af- en aankoppelen van de te laden batterij kan worden vermeden door gebruik te maken van een complexe vermogenselektronica tussen de brandstofcel en de batterijen, maar dit is niet alleen een dure oplossing maar het risico blijft bestaan dat een eventuele piek in het gevraagde vermogen door de brandstofcel moet geleverd worden en niet door de batterijen. Bijvoorbeeld zeer korte stroompieken zullen dus toch de brandstofcel kunnen
<Desc/Clms Page number 4>
belasten zodat ook in dit geval een smoorspoel of andere beveiliging nodig is.
De voeding volgens uitvinding laat het opladen toe van een batterij-eenheid door de brandstofcel tijdens belasting zonder gevaar de brandstofcel te beschadigen.
Bij voorkeur is volgens de uitvinding tussen de brandstofcel en de batterij-eenheden waarmee ze over een schakelaar aangesloten is een sperdiode geschakeld.
Deze uitvinding heeft ook betrekking op een werkwijze om in een elektrische voeding die een brandstofcel bevat deze brandstofcel op een eenvoudige en veilige manier te beschermen tegen stroompieken, waarvan het kenmerkende erin bestaat dat de stroom die door de brandstofcel geleverd wordt aan de belasting over minstens een batterij-eenheid gestuurd wordt zodat eventuele stroompieken tengevolge van een wisselend vermogen van de belasting in deze batterij-eenheid worden afgevlakt vooraleer ze de brandstofcel bereiken.
In een bijzondere uitvoeringsvorm van deze werkwijze wordt de belasting gevoed door een voeding met een brandstofcel en minstens twee in serie met elkaar geschakelde batterij-eenheden en wordt één van de in serie geschakelde batterij-eenheden door de brandstofcel geladen terwijl eventuele stroompieken door de andere batterij-eenheid of batterij-eenheden wordt gestuurd die als buffer wordt of worden gebruikt voor het beschermen van de brandstofcel.
Dit opladen van één batterij-eenheid geschiedt terwijl alle batterij-eenheden samen deel nemen aan de voeding van de belasting.
<Desc/Clms Page number 5>
Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen zijn hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, twee voorkeurdragende uitvoeringsvormen weergegeven van een elektrische voeding en van een werkwijze om een belasting te voeden volgens de uitvinding met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin : figuur 1 een blokschema weergeeft van een elektrische voeding volgens de uitvinding ; figuur 2 een blokschema weergeeft analoog aan dit van figuur l, maar met betrekking op een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding.
De elektrische voeding weergegeven in figuur 1 bevat twee batterij-eenheden 1 die elk een batterij van 12 V bezitten en die in serie geschakeld zijn in een elektrische stroomkring 2 waarin een belasting, in dit geval een elektrische motor 3 van 24 V, bijvoorbeeld voor het aandrijven van een elektrisch gedreven voertuig, geschakeld
EMI5.1
is. Deze voeding bevat ook een brandstofcel 4 die een spanning van bijvoorbeeld 12, 8 V kan leveren en op de twee batterij-eenheden 1 aangesloten is door middel van een elektrische verbinding 5 waarin een schakelaar en meer bepaald een gemeenschappelijke omschakelaar 6 geschakeld is.
Naargelang de stand van de omschakelaar 6 kan de brandstofcel 4 elk van de twee batterij-eenheden 1 afzonderlijk opladen. In figuur 1 is de omschakelaar 6 in volle lijn in de ene stand en in streeplijn in de andere stand weergegeven.
<Desc/Clms Page number 6>
Het is duidelijk dat in de verbinding 5 in plaats van een omschakelaar 6 twee afzonderlijke schakelaars kunnen geschakeld zijn die bij voorkeur zodanig aan elkaar gekoppeld zijn dat de ene sluit wanneer de andere opengaat.
Tussen de omschakelaar 6 en de brandstofcel 4 is in de verbinding 5 een sperdiode 7 geschakeld.
De werking van deze voeding is als volgt : De in serie geschakelde batterij-eenheden 1 voeden permanent de motor 3 terwijl de brandstofcel 4 één van de batterij-eenheden 1 laadt, namelijk de ene of de andere batterij-eenheid 1 naargelang de stand van de omschakelaar 6. Wanneer deze batterij-eenheid 1 geladen is, wordt de omschakelaar 6 omgeschakeld en wordt de andere batterij-eenheid l geladen.
Op deze wijze is steeds ook één batterij-eenheid 1 die niet geladen wordt tussen de motor 3 en de brandstofcel 4 geschakeld. Deze batterij-eenheid 1 vormt een reële buffer tegen te snelle stroompieken die vanuit de wisselende belasting door de motor 3 zouden kunnen ontstaan en wordt dus als beveiliging van de brandstofcel 4 gebruikt.
Aangezien in de stroomkring 2 twee batterij-eenheden 1 en in feite dus twee batterijen geschakeld zijn, is dus 50% van de batterijen als bescherming van de brandstofcel 4 gebruikt. Dit percentage kan evenwel hoger liggen indien in de stroomkring 2 meer dan twee batterij-eenheden 1 geschakeld zijn, hetgeen in de praktijk meestal het geval
EMI6.1
is.
<Desc/Clms Page number 7>
In figuur 2 is een dergelijke praktische uitvoering weergegeven met meer dan twee, in het voorbeeld namelijk zeven, batterij-eenheden 1 die elk één batterij bezitten en die in serie in de stroomkring 2 geschakeld zijn.
Eén omschakelaar is niet meer voldoende en de elektrische verbinding 5 bevat in plaats daarvan een afzonderlijke schakelaar 8 per batterij-eenheid 1.
Al deze schakelaars 8 zijn dus in parallel in de verbinding 5 geschakeld.
De brandstofcel 4 kan dus via een dergelijke schakelaar 8 elk van de batterij-eenheden 1 afzonderlijk opladen.
Daarenboven is de belasting niet door één enkele motor 3 gevormd maar door vier motoren 3 en een weerstand 9. Zowel de motoren 3 als de weerstand 9 kunnen afzonderlijk in of uitgeschakeld worden.
Verder bevat de voeding een spanningsregelaar 10, dit is een in- en uitschakelbare regelbare weerstand die in parallel met de batterij-eenheden 1 op de elektrische verbinding 5 is aangesloten. Deze spanningsregelaar 10 wordt voornamelijk gebruikt voor het starten en stoppen van de brandstofcel 4.
Om de voeding te kunnen sturen of controleren, bevat ze ook een aantal meters, namelijk spanningsmeters 11,12, 13 en 14 die respectievelijk over de brandstofcel 4, in het tussen de sperdiode 7 en de batterij-eenheden 1 gelegen gedeelte van de verbinding 5, over een batterij-eenheid 1 en over de motoren 3 geschakeld zijn en stroommeters 15,16 en 17 die respectievelijk in het tussen de brandstofcel 4
<Desc/Clms Page number 8>
en de sperdiode 7 gelegen gedeelte van de verbinding 5, in het andere gedeelte van deze verbinding 5 en in de stroomkring 2 geschakeld zijn.
De werking van deze uitvoeringsvorm is analoog aan de werking van de uitvoeringsvorm volgens figuur 1 met dit verschil dat meerdere batterij-eenheden 1 als bescherming worden gebruikt.
Bij werking zijn alle schakelaars 8 open op één na zoals in figuur 2 is weergegeven.
De batterij-eenheid 1 die op de gesloten schakelaar 8 aansluit, wordt door de brandstofcel 4 herladen terwijl de andere batterij-eenheden 1 deze brandstofcel 4 beschermen tegen beschadigingen of storingen tengevolge van stroompieken.
Nadat deze batterij-eenheid 1 voldoende herladen is wordt deze schakelaar 8 gesloten en wordt een andere schakelaar 8 gesloten zodat een andere intussen geheel of gedeeltelijk ontladen batterij-eenheid 1 herladen wordt.
In de weergegeven voorbeelden bezit elke batterij-eenheid 1 één enkele batterij. Een batterij-eenheid 1 kan evenwel zelf samengesteld zijn uit twee of meer in serie geschakelde batterijen. Ze kan ook samengesteld zijn uit twee of meer in parallel aan elkaar gekoppelde batterijen indien de spanning van de brandstofcel minstens gelijk is aan de som van de spanningen van de batterij-eenheden 1.
Deze uitvinding is geenszins beperkt tot de hiervoor beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen doch dergelijke elektrische voeding kan in verschillende
<Desc/Clms Page number 9>
varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.
In het bijzonder zijn in de tweede uitvoeringsvorm het aantal batterij-eenheden en het aantal belastingen enkel als voorbeeld gegeven.
Een of meer batterij-eenheden kunnen ook zonder tussenkomst van een schakelaar en dus permanent en in serie met de brandstofcel in de stroomkring van de belasting geschakeld zijn. Deze batterij-eenheid of-eenheden dient of dienen uitsluitend tot bescherming van de brandstofcel die enkel de belasting voedt en geen batterij-eenheden moet opladen.